26943

تحليل و سنتز فراسطوح متشكل از نانوذرات براي كنترل امواج الكترومغناطيسي

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي برق- مخابرات ـ موج

1395

1400/10/7

علي عبدالعالي

مهندسي برق

با توجه به پيشرفت فراوان در حوزه فراسطوح در سال هاي اخير، نياز به بسط و گسترش روابط تئوري براي تحليل آنها بيش از پيش به چشم مي آيد. از ميان انواع روش هاي موجود، در اين رساله، نظريه ميدان هاي محلي با استفاده از شرايط مرزي GSTC به دليل انعطاف پذيري بالا در تحليل و همچنين دادن شهود فيزيكي راجع به مكانيزم عملكرد فراسطوح، مورد استفاده قرار گرفته است. از طرف ديگر در سالهاي اخير، گرچه مهندسي پاشندگي زاويه اي فراسطوح به طور دلخواه در كاربردهاي مخابراتي مختلفي از جمله پردازشگرهاي آنالوگ مورد توجه قرار گرفته است، اما تاكنون، روش سازماندهي شده اي براي طراحي اين نوع فراسطوح صورت نگرفته و طرح هاي كنوني عمدتا بر پايه ابتكار محققين بنا شده اند. در فصل اول اين رساله نشان خواهيم داد كه با درك تاثير مولفه هاي سوسپتيبيليتي و يا قطبش پذيري يك فراسطح دوناهمسانگرد در حالت كلي، ضرايب انعكاس و انتقال آرايه نانوذرات بر حسب زاويه تابش قابل كنترل مي باشد. اين كنترل پاشندگي زاويه اي براي طراحي فراسطوح پردازشگر و حل چالش هاي كنوني موجود در آنها مورد استفاده قرار گرفته شده است. در فصل دوم، نشان خواهيم داد كه مولفه هاي عمود بر سطح سوسپتيبيليتي يك فراسطح دوناهمسانگرد تاثير غيرقابل صرفنظري در مهندسي پاشندگي زاويه اي ضرايب انتقال و يا انعكاس داشته و چشم پوشي از آنها كه در اكثر طراحي هاي متداول رخ ميدهد، درجه آزادي طراحي را بسيار كاهش مي دهد. در فصل سوم، امكان تحقق يك فراسطح پردازشگر انعكاسي همپاسخ با قابليت كاركرد در زاويه تابش عمود، توسط روش هاي مختلفي از جمله استفاده از كانالهاي پردازشي پلاريزاسيون متقاطع و همچنين استفاده از مودهاي مرتبه بالاتر فلوكه به طور كامل بررسي شده است. فصل چهارم، يك فراسطح پردازشگر همه كاره را با استفاده از مدولاسيون زمان-مكان فراسطوح پيشنهاد مي دهد كه صحت عملكرد آن در قالب شبيه سازي و تست هاي آزمايشگاهي سنجيده شده است. فصل ششم، در ادامه فعاليت هاي انجام شده در سه فصل اول، به استخراج 36 درايه سوسپتيبيليتي و قطبش پذيري يك فراسطح دوناهمسانگرد خطي ناهمپاسخ در كلي ترين حالت مي پردازد. اين در حالي است كه تاكنون، روش هاي استخراج سوسپتيبيليتي هاي فراسطوح به 16 درايه عرضي محدوده بوده و در مورد بازيابي مولفه هاي عمود بر سطح كه اهميت آنها در اين رساله مشخص شده است، سخني به ميان نيامده است. مزاياي استفاده از روش هاي پيشنهادي نسبت به ساير تحقيقات، در هر فصل به تفكيك، آورده شده است.

1401/06/16

Design and Synthesis of Metasurfaces Comprising Nanoparticles for Electromagnetic Wave Controlling

1/1/1900 12:00:00 AM

Due to the great progress in the field of transcendental in recent years, the need to expand the theoretical relationships to analyze them becomes more apparent. Among the various methods available in this dissertation, local field theory is used using the GSTC boundary conditions due to its high flexibility in analysis as well as giving physical intuition about the principle mechanism of metasurfaces. On the other hand, in recent years, although metasurface angular scattering engineering has been favorably considered in various telecommunication applications, including analog processors. So far, however, there has been no organized approach to designing this type of metasurface, and current designs are largely based on the initiative of researchers. In the first chapter, we will show that by understanding the effect of the susceptibility or polarizability components of a bi-anisotropic metasurface in general, the reflection and transmission coefficients of the nanoparticle array can be controlled according to the incident wave angle. The anguler dispersion engineering has been used to design metasurface processors and solve the current challenges in them. In the second chapter, we will show that the susceptibility components perpendicular to the surface of a bi-isotropic structure have a non-negligible effect on the angular features of transmission or reflection coefficients, and ignoring them, which occurs in most common designs, greatly reduces the degree of freedom of the design. In the third chapter, the possibility of realizing a reciprocal reflective metasurface processor with the ability to operate against normal illuminations has been fully investigated by various methods, including the use of cross polarization processing channels and the use of higher order Floquet modes. The fourth chapter proposes a versatile metasurface processor using time-space modulation, the accuracy of its performance has been measured in the form of simulations and laboratory tests. The sixth chapter, in continuation of the activities carried out in the first three chapters, deals with the extraction of 36 susceptibility and polarizability elements of an anisotropic linear anisotropic metasurface in the most general state. This is despite the fact that until now, the methods of extracting surface susceptibilities have been limited to 16 horizontal ones and there has been no mention of the recovery of components perpendicular to the surface, the importance of which has been determined in this thesis. The advantages of using the proposed methods compared to other researches are given separately in each chapter.

فراسطوح الكترومغناطيسي , قطبش پذيري , محاسبات آنالوگ

Electromagnetic metasurfaces , Polarizability , Analog computing

Hamid Rajabali Panah

Dr. Abdolali